基于ADAS 實驗平臺自適應巡航控制系統的研究＊

劉儒，孫玲，石晶

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121000）

前言

自適應巡航系統是在傳統的定速巡航系統上升級而來的，可很大程度上減輕駕駛員的駕駛負擔，提高駕駛安全性和行車舒適性[1]。在ADAS 縱向控制領域ACC 系統是被研究的最多的，ACC 系統通過控制制動和驅動能夠有效的減小駕駛員的駕駛負擔、避免了因錯誤操作或者個人疏忽造成的惡性交通事故，提高道路的利用率，保證駕駛安全[2]。

1 ADAS 實驗平臺

ADAS 實驗平臺由中華V3 駕駛模擬系統、主控PC、RT系統、快速原型控制器及管理PC 組成。

圖1 ADAS 實驗仿真平臺實物

如圖1 所示為ADAS 實驗仿真平臺實物圖，左側為中華V3 駕駛模擬系統，中間是RT 系統、快速原型控制器，右側為主控PC，管理PC。

2 ACC 系統組成

自適應巡航控制系統ACC 是利用車載雷達、車上各種傳感器采集到的信息，經過整車電子控制單元（ECU）經過一系列計算分析，自動調整本車的行駛速度，保證本車與前方目標車輛能夠保持穩定的安全距離[3]。所以ACC 既有自動巡航功能，又有防止前向撞擊功能。如圖2 所示，自適應巡航系統分為采集信息單元、控制單元（具體可分為上層控制器和下層控制器）和執行單元。通過車載雷達及傳感器實時采集信息，整車電子控制單元（ECU）處理并分析以上信息，判斷出本車下一步的行駛狀態，并發出指令給相應的驅動控制器或制動控制器，最后由相應的加速或制動控制器來控制車輛的加速或制動。

圖2 自適應巡航控制系統結構圖

3 軟件聯合仿真

ADAS 實驗平臺采用CarSim2018 軟件和MATLAB/ Simulink 的聯合仿真。

CarSim 是一種專業的車輛動力學仿真軟件，能準確模擬車輛對駕駛員操作行為、空氣動力學以及路面激勵的響應。 在車輛操縱穩定性、平順性、燃料經濟性、動力性等領域有廣泛應用[4]。

Simulink 是MATLAB 中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB 的框圖設計環境，是實現動態系統建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統、非線性系統、數字控制及數字信號處理的建模和仿真中[5]。

首先在CarSim 中設置車輛動力學模型，并設置所需的路面情況，包括道路線型及目標車輛等，還需設置加速、制動、虛擬雷達等的輸入輸出接口。并在Simulink 中搭建所需的控制策略及相應的控制算法，并加載到相應的上下層控制器中，即實時系統和快速原型控制器。設置快速原型控制器與執行機構之間的CAN 通信，進行數據接口的映射，實現仿真。如圖3 為自適應巡航實驗過程。

圖3 自適應巡航實驗過程（前方出現車輛）

其具體開發流程可以描述為：

（1）在 CarSim 和Simulink 環境下進行參數化建模；

（2）在 CarSim 與 Simulink 的聯合仿真的環境下進行 ACC 控制器的開發和調試；

（3）將 ACC 控制器算法加載到實時系統中，并完成仿真實車試驗。

4 在環仿真

將設計好的上層控制器中的控制策略及間距控制算法加載到實時系統中，將執行機構的加速度控制算法加載至快速原型控制器中。

在實時系統中，CarSim 設置相應的模擬場景和模擬仿真車輛的激光雷達。雷達實時監測車輛前方車輛情況，將車輛前方車輛距離及速度和車輛動力學信號經上層控制器計算傳遞給快速原型控制器，即下層控制器，快速原型控制器經過一系列的控制策略和控制算法傳遞給駕駛模擬器的執行機構，執行機構控制駕駛模擬器的制動、加速系統，進而實現ACC 的功能，達到ADAS 系統要求。

5 結論

本文根據將 ACC 控制策略及算法通過 MATLAB/ Simulink 建模并加載到ADAS 實驗平臺上，運用Carsim 作為汽車系統動力學軟件，可實現對ACC 系統的仿真，并提供了虛擬實車驗證試驗平臺，為能夠實現 ADAS 的控制策略仿真打下基礎。